衛星通信抗干擾技術及其發展趨勢研究

張夢雨

（中國移動通信集團設計院有限公司重慶分公司，重慶 401120）

0 引 言

隨著生活水平的提高，人們對通信的需求也在持續增長。為更好地促進衛星通信系統的發展，要整合具體的抗干擾技術方案，建構高效的技術運行體系，確保衛星通信技術的應用效果。同時，搭建符合安全性、穩定性要求的通信控制模式，確保衛星通信體系正常運行。

1 衛星通信干擾因素

我國衛星通信技術歷經寬帶多媒體衛星通信、S頻段同步軌道移動通信系統，基于實際通信要求建立衛星通信控制模式，有效維系通信傳輸管理的合理性和可控水平，并創造巨大的經濟效益。但衛星通信信息交互傳輸過程中，依舊存在很多干擾因素，影響衛星通信信息的質量效果。

1.1 通信系統間相互干擾

為突破地理位置對通信系統的限制，建立符合通信應用需求的通信系統，在擴大覆蓋面積的同時維持相關信息傳輸的質量水平。然而，通信系統運行過程中需要按照特定的高度和軌道運行，導致系統自身的隱蔽性較差。衛星通信技術應用過程中會受到多因素的干擾，其中上行干擾、下行干擾、星間干擾是較為常見的通信系統相互干擾的類型[1]。

在通信系統運行過程中，利用通信轉發器實現信號上行傳輸和下行傳輸。然而，通信轉發處理技術發展有待優化，導致通信衛星的實際頻率資源分布和處理工作并不完整。此外，衛星在信號傳輸過程中常常會使用相同的信號頻率，會造成不同極化和不同調制的反復利用，一旦衛星之間的距離度不足，就會形成較為嚴重的干擾現象，降低衛星通信質量。

1.2 電磁干擾

隨著電子技術的發展，人們生活中充斥著大量的單子產品，設備會發出相應的電磁信號，這些電磁束會對衛星通信信號產生影響。其中，廣播信號、雷達系統、微波信號燈自身的功率較大，產生的影響較為嚴重；醫療設備自身的電磁波、設備異常產生的雜波等也會對衛星通信系統運行穩定性產生影響。此外，天電干擾，是自然界產生的電磁波，會對衛星通信系統運行產生影響，如流星雨、電離層閃爍、太空星體碰撞等[2]。

1.3 人為干擾

在衛星通信系統應用過程中，會利用透明轉發器完成相關工作，如變頻和轉發信號，但是對于干擾并不采取相應的處理和控制措施，一旦大功率上行信號出現干擾，就使正常傳輸的信號出現壓縮現象，產生的實際輸出功率參數也會縮減，甚至會造成嚴重的“功率掠奪”現象，導致衛星通信系統傳輸的常規化信號異常，從而影響通信的穩定性和安全性。

2 衛星通信抗干擾技術內容

為更好地維系衛星通信系統運行的合理性和規范性，要整合具體的管理要求和內容，發揮抗干擾技術的優勢作用，建立更加穩定協調的應用平臺，實現統籌管理的目標。

2.1 天線抗干擾技術

衛星通信系統分布較廣，在不同地域或是空域難免會受多元化因素的干擾問題，因此在衛星通信系統抗干擾處理體系中，要將實現靈活化衛星覆蓋且信號零化干擾作為核心，利用相匹配的技術處理機制，搭建合理可控的技術運行管理模式。其中，天線抗干擾技術的應用范圍較廣[3]。

2.1.1 多波束天線抗干擾技術

在天線抗干擾技術體系內，多波束天線的應用較為有效，可選擇天線波束形狀提升通信系統的抗干擾水平。較為常見的多波束天線分為反射式、透射式和直接輻射相控陣式。反射式和透射式多波束天線結構簡單且技術實現難度低，因此得到廣泛應用和推廣。在技術升級不斷優化的背景下，相控陣多波束天線受到更多關注，自身具有較好的應用效率，且可靠性較高，但是整體結構和制作工藝更加復雜。

2.1.2 自適應凋零天線

在實際信息處理階段中，在連續輸入數據中濾除噪聲信息和干擾信息，可以更好地提取有效信息（即濾波過程），使用濾波器完成一系列操作。在輸入信息難以及時統計分析的環境下，或輸入信息統計特性屬于動態環境時，濾波器能結合實際情況和應用狀態完成參數的調節控制，最大限度地滿足最佳應用要求。因此，在自適應凋零天線應用過程中，雙方信號會在幅度、頻率和空間方位等方面都存在差異性，配合天線各個陣元的處理方式完成自適應加權控制，就能有效維持天線陣方向的合理性和穩定性。尤其是在干擾源的方向，利用深度凋零的處理模式，能夠最大限度地減少對傳輸過程產生的干擾問題，凋零深度能達到25 ～35 dB，有效抑制寬帶干擾和窄帶干擾問題，維持干擾控制處理過程的穩定性和規范性。同時，自適應凋零天線利用多信號分類算法（Multiple Signal Classification，MUSIC）算法、最小范數（Min-Normal）算法、徑向基函數神經網絡算法等能搭建更加穩定的抗干擾應用模式。例如，借助直線矩陣求逆算法可以兼顧干擾抑制性和收斂速度的同時維持穩定控制的合理性和協調性[4]。

2.1.3 星載智能天線

隨著智能化技術的發展進步，智能天線的應用范圍也在擴大，星載智能天線是安裝在衛星信號入口位置，起到抑制干擾作用的新型天線結構，充分發揮自適應天線抗干擾的優勢，配合陣列信號處理手段和數字波束處理手段，就能更好地維系應用效能，保證多個子波束應用效果最優，且相應的波束都能結合準則自動調整指向信息和零點信息，維持較好的工作狀態，確保抗干擾效果。

全球定位系統（Global Positioning System，GPS）抗干擾天線技術的應用也能有效維系衛星通信的運行，在提供全天候空間信息、速度、時間信息的同時，搭建精準化的系統模型。要整合抗干擾技術處理機制，更好地優化精準控制水平，保證信息交互管理的科學性和信息傳輸的穩定性。

2.2 限幅和線性化技術

目前，限幅技術廣泛應用于通信系統抗干擾作業，利用限幅處理的方式能更好地解決轉發器中功率較大放大器受干擾問題，避免被上行干擾推向飽和狀態，更好地建立穩定的運行控制模式。在限幅轉發器運行過程中，較為常見的限幅處理方式為軟限幅處理和硬限幅處理。軟限幅處理主要是將軟限幅轉發器應用在線性區域和限幅區域。相較于同類型抗干擾模式，軟限幅和限幅門限的數值具有一定的關聯性。硬限幅處理主要是轉發器只在非線性狀態下運行，利用大信號壓縮小信號，壓縮比和輸入的信干比之間存在較為密切的聯系，若是出現連續波干擾，則會增加壓縮比。相比而言，軟限幅的性能更優[5]。

2.3 星上處理技術

對于衛星通信系統而言，透明轉發器是整個系統運行中較為薄弱的環節，受到干擾的概率較大，一旦干擾加劇，甚至會出現運行飽和的情況。因此，要整合星上處理技術方案，更好地搭建上行、下行鏈路去耦合模式，確保上行干擾不會對下行鏈路常規化運行產生影響，更好地維持整體信息傳輸管理的科學性和穩定性。較為常見的星上處理技術包括星上信號解調再生處理、解擴處理、編碼處理以及速率變換處理等，配合完整的抗干擾方案，最大限度地保障信號傳輸控制的安全性。

在電子對抗技術不斷升級優化的時代背景下，星上抗干擾處理技術也在全面升級。星上抗干擾處理技術在建立解跳解調模型的基礎上，搭建跳頻調制的下行發送模式，穩定再生式轉發器自身的抗干擾能力，并在擴頻增益的基礎上維持線性增長趨勢，更好地提高協同應用管理控制的科學性。正是基于星上處理技術的應用價值，上行功率可以適當調控數值參數，且對功率的要求一般，能夠最大限度地降低地面站設備的運行壓力[6]。

2.4 編碼調制抗干擾技術

在衛星通信系統應用控制系統中，如果數據遭受干擾，會出現異常運行的情況，而編碼調制抗干擾技術旨在最大限度地完成前向糾錯處理，更好地減少通信數據誤差造成的影響。在編碼調制抗干擾技術應用的過程中，利用級聯編碼的方式，對卷積碼予以實時性譯碼處理，能更好地完成編碼分類和處理。同時，在技術不斷優化的時代背景下，數字化技術也逐漸升級，搭建數字化衛星通信系統，能更好地提高級聯碼的應用效率，保障衛星通信系統抗干擾技術效果[7]。

2.5 擴展頻譜抗干擾技術

目前，我國衛星通信系統抗干擾應用作業中廣泛采取擴展頻譜抗干擾技術方案，在明確直接序列擴頻（Direct Sequence spread spectrum，DS）和高頻（High Frequency，HF）技術模型的基礎上，建立相應的處理模式，有效整合資源內容，維持協同管理控制的科學性和合理性。DS 技術能擴展信號，更好地搭建寬帶信號和窄帶信號轉換模式，以維持應用管理的基本水平，降低信號傳輸過程資源損耗產生的影響，在過濾信號能量的同時減少干擾因素。HF 則使跳頻技術方案能集中處理信號，配合切換載波頻率的方式最大限度地降低干擾量。由于應用控制指令具有多元性，因此一般應用在較寬的寬帶系統中。

干擾抵消技術和擴頻技術相結合的方式也可以有效優化抗干擾能力，在解擴處理工作開始前，集中削弱強干擾問題，保證信干比得以控制，維持在解擴門限參數以內，更好地保障抗干擾應用過程的穩定性和安全性。同時，優化衛星通信系統綜合運行管理水平，為衛星通信系統多元化應用管理控制提供良好的技術支持[8]。

3 衛星通信抗干擾技術發展趨勢

為進一步搭建安全穩定的衛星通信系統，衛星通信抗干擾技術任重而道遠，要在積極優化技術手段的同時，更好地融合科學技術、信息技術等手段，提高衛星通信抗干擾能力。

首先，衛星通信抗干擾技術研發工作要積極引進新的理論和技術內容，全面推動智能化技術的融合規范，以通信天線波瓣控制、微反射弧控制等為核心，積極完善相關技術內容的研發進程，從而在保證衛星通信系統傳輸效率的同時減少干擾問題。

其次，要強化抗干擾調制劑的研發，配合前沿技術手段，全面分析復雜且多樣的信息通信傳輸環境。同時，著重關注擴頻技術、自適應擴頻等內容的應用模式，搭建基于密碼序列為基礎的研究體系，為跳擴頻碼應用提供良好保障。

最后，要升級相關控制技術的算法，更好地維系干擾問題抵消效果，避免干擾現象造成更加嚴重的損失[9]。

4 結 論

衛星通信抗干擾技術的研究具有重要的實踐價值。為更好地提升衛星通信質量，要整合系統內容，搭建更加科學合理的抗干擾技術模型，發揮關聯技術的應用優勢，有效控制干擾因素，保證衛星通信技術使用效果滿足預期，為衛星通信事業可持續發展奠定堅實基礎。